www.solar-climate.com
 
 

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ И КЛИМАТ ЗЕМЛИ

 

 

АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ИЗМЕНЧИВОСТИ ИНСОЛЯЦИИ ЗЕМЛИ И ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

В.М. Федоров

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

 

 

Введение

Солнечная радиация является основным источником энергии, определяющим радиационный и тепловой баланс Земли (Лоренц, 1970: Кондратьев, 1980: Монин, Шишков, 2000). Лучистая энергия Солнца является основным источником энергии гидрометеорологических и многих других процессов, происходящих в атмосфере, гидросфере, на земной поверхности. Энергия Солнца является важнейшим фактором развития жизни на Земле, обеспечивающим необходимые для жизни термические условия и фотосинтез. Поэтому анализ связи многолетней изменчивости инсоляции Земли и ее термического режима имеет важное значение для исследования происходящих в географической оболочке Земли процессов, причин формирования и изменения глобальных и региональных климатических условий существования жизни на планете.

В отличие от немногих известных расчетов инсоляции (приходящей на верхнюю границу атмосферы солнечной энергии) охватывающих диапазон высокочастотных вариаций (Berger et al., 2010; Bertrand et al., 2002; Borisenkov et al., 1983; Loutre et al., 1992) наш метод расчета учитывает эллипсоидальную форму Земли и изменение продолжительности периода ее обращения вокруг Солнца (Федоров, 2017: Fedorov, 2013), Несмотря на известные результаты расчетов инсоляции с большим временным и пространственным разрешением и очевидность значимости солярного фактора, связи инсоляции и ПТВ исследованы недостаточно.

Основной целью работы является определение и анализ связи многолетних изменений аномалии ПТВ относительно климатической нормы 1961 – 1990 гг. в пространственном (широтном) и временном (сезонном) отношении с инсоляцией Земли (Дж/м2).

Анализировались связи в многолетней изменчивости инсоляции и приповерхностной температуры воздуха (ПТВ) в пространстве и во времени. В качестве исходных данных использовались значения аномалии ПТВ приведенные в массиве HadCRUT4 университета Восточной Англии и метеобюро Хэдли. HadCRUT4 – это трехмерный массив месячных значений аномалии ПТВ (относительно нормы 1961 – 1990 гг.) с разрешением по пространству 5 на 5 градусов. Нами рассматривался период достоверных данных с 1900 по 2014 гг.
(http://www.metoffice.gov.uk/...............). По этому массиву рассчитывались средние годовые, полугодовые и месячные значения аномалии ПТВ для Земли, полушарий и 5-ти градусных широтных зон. Данные по инсоляции (Дж/м2) рассчитывались автором совместно с А.А. Костиным (Федоров, 2017, http://www.solar-climate.com/sc/mtd.htm).

 

 

Методика расчета исоляции

Расчеты приходящей солнечной радиации выполнялись по данным астрономических эфемерид (Giorgini et al., 1996; http://ssd.jpl.nasa.gov) для всей поверхности Земли (без учета атмосферы) в интервале с 3000 г. до н.э. по 2999 г. н.э. Исходными астрономическими данными для расчетов инсоляции были склонение и эклиптическая долгота Солнца, расстояние от Земли до Солнца, разность хода равномерно текущего (среднего солнечного) и всемирного корректируемого времени (истинного солнечного). Поверхность Земли аппроксимировалась эллипсоидом (GRS80 – Geodetic Reference System, 1980) с длинами полуосей равными 6378137 м (большие) и 6356752 м (малая). В общем виде алгоритм расчетов можно представить выражением:

 

(1)

 

где I – приходящая солнечная радиация за элементарный n-й фрагмент m-го тропического года (Дж); – площадной множитель (м2), с помощью которого вычисляется площадной дифференциал – площадь бесконечно малой трапеции – ячейки эллипсоида; – часовой угол, – географическая широта, выраженные в радианах; H – высота поверхности эллипсоида относительно поверхности Земли (м); – инсоляция в заданный момент в заданном месте поверхности эллипсоида (Вт/м2), t – время (с). Шаги при интегрировании составляли: по долготе 1°, по широте 1°, по времени 1/360 часть продолжительности тропического года (Fedorov, 2013). Значение солнечной постоянной (среднее многолетнее значение TSI) принималось равным 1361 Вт/м2 (Kopp, Lean, 2011). По результатам расчетов сформирована общедоступная база данных приходящей солнечной энергии во все широтные зоны Земли (протяженностью в 5 градусов) за каждый астрономический месяц каждого года для периода от 3000 до н.э. до 2999 г. н.э. (http://www.solar-climate.com).

 

Многолетняя изменчивость инсоляции Земли и глобальной ПТВ

В результате корреляционного анализа обнаружена связь в многолетней изменчивости аномалии ПТВ Земли и полушарий с инсоляционной контрастностью (ИК). Для полушарий ИК рассчитывалась как разность солнечной энергии приходящей в широтную область 0°–45° и 45°–90° (каждого полушария) за год. Для Земли в качестве ИК принималось среднее годовое значение инсоляционной контрастности, полученное для полушарий. ИК рассчитывалась по полученным нами значениям инсоляции Земли (http://www.solar-climate.com/sc/bd01.htm).

Многолетняя изменение инсоляционной контрастности определяется изменением угла наклона оси вращения Земли в результате прецессии и нутации (Fedorov, 2015 a, b; Федоров, 2017). Изменение инсоляционной контрастности линейно связано с изменением угла наклона оси вращения Земли (рис. 1). Коэффициент корреляции на интервале от 1850 до 2050 гг. составляет -0,998.

Рис. 1. Многолетняя изменчивость угла наклона оси вращения
(1) и инсоляционной контрастности (2) Земли

В связи с тем, что отмечаемая в инсоляции и ИК 19-ти летняя вариация (Федоров, 2017) в климатической системе глобально не проявляется, применялось сглаживание инсоляции и ИК по 21-му летнему скользящему среднему. Многолетняя изменчивость в рядах ИК и угла наклона оси на 83,0% и 85,3% соответственно определяется трендами. При сглаживании по 21-му летнему скользящему среднему изменчивость в рядах ИК и наклона оси на 99,8% и 99,9% соответственно связана с трендами.

В исходных рядах изменчивость ПТВ Земли и полушарий также в основном определяется трендами (рис. 2). Коэффициент детерминации показывает долю изменчивости ПТВ определяемую трендом (полином второй степени).

Рис. 2. Многолетняя изменчивость аномалии ПТВ
Северного (1), Южного (2) полушария и Земли (3) (http://www.metoffice.gov.uk/........)

Таким образом, чтобы объяснить многолетнюю изменчивость ПТВ Земли и полушарий следует определить фактор, определяющий тренды в исходных рядах изменчивости глобальной температуры. Анализ показывает, что многолетняя изменчивость глобальной ПТВ характеризуется тесными положительными корреляционными связями с многолетней изменчивостью ИК и отрицательными с многолетней изменчивостью угла наклона оси. Значение коэффициента корреляции ИК и аномалии ПТВ Земли составляет 0,888, аномалии ПТВ северного полушария 0,833, аномалии ПТВ южного полушария 0,914. Следовательно, многолетняя изменчивость ПТВ Земли на 81,4%, в Северном полушарии на 74,7%, в Южном полушарии на 83,7% определяется многолетней изменчивостью инсоляционной контрастности Земли и полушарий. Как отмечалось, тренд в изменении ИК определяется изменением угла наклона оси вращения Земли. Угол наклона, таким образом, регулирует, а ИК характеризует изменение (усиление или ослабление) работы «тепловой машины первого рода» – основного механизма межширотного теплообмена в климатической системе Земли (в системе океан – атмосфера).

Таким образом, многолетняя изменчивость аномалии глобальной ПТВ определяется многолетней изменчивостью ИК связанной с изменением угла наклона оси вращения Земли (Федоров, 2017). Далее мы проанализируем, как изменяются эти, глобально проявляющиеся связи, с увеличением пространственного и временного разрешения.

 

1. Анализ и оценка связей в пространстве

 

1.1. Анализ многолетней изменчивости ПТВ в 5-ти градусных широтных зонах с инсоляцией и инсоляционной контрастностью Земли
(годовой и полугодовой).

В разделе анализируется связь многолетних изменений аномалии ПТВ в 5-ти градусных широтных зонах с многолетними изменениями инсоляции и инсоляционной контрастности (ИК) Земли (годовой и полугодовой).

Связь многолетней изменчивости годовой аномалии ПТВ Земли в широтных зонах с многолетней изменчивостью годовой инсоляции Земли не обнаружена. Найдена связь многолетней изменчивости годовой аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью ИК Земли во всех 5-ти градусных широтных зонах (рис. 3). ИК для Земли рассчитывалась как среднее по полушариям значение разности годовой инсоляции широтной области 0°–45°(источник тепла) и области 45°–90° (стока тепла).

Рис. 3. Широтное распределение коэффициента корреляции многолетней изменчивости годовой аномалии ПТВ и годовой ИК.

Таким образом, отмечается корреляционная связь многолетних изменений аномалии ПТВ в отдельных широтных зонах с многолетней изменчивостью ИК Земли. На 90,1% площади Земли связь годовой аномалии ПТВ с годовой ИК Земли характеризуется значениями коэффициента корреляции (R), превышающими 0,6. При этом в Северном полушарии значение R превышает 0,6 на 98,5% площади, в Южном полушарии на 81,8% площади. Высокие значения R отмечаются в обширной широтной области от 55° ю.ш. до 80° с.ш. Среднее значение R в этом диапазоне составляет 0,728. Низкие значения R отмечаются в областях Арктики (80° с.ш. – 90° с.ш.) и Антарктики (55° ю.ш. – 90° ю.ш.) и отражают значительное влияние подстилающей поверхности на многолетнюю изменчивость годовой аномалии ПТВ в полярных областях.

Многолетняя изменчивость полугодовых значений аномалии ПТВ в 5-ти градусных широтных зонах анализировалась в связи с полугодовой инсоляцией Земли и полугодовой ИК Земли (рис. 4, 5). За летнее в Северном полушарии полугодие принимался период с апреля по сентябрь, за зимнее полугодие период с октября по март. При этом значения ИК Земли рассчитывались с учетом сезонного смещения областей источника и стока тепла (от зимнего в полушарии полугодия к летнему). При расчетах использовалась следующая схема сезонной локализации областей источника и стока тепла в полушариях. В зимнее (в Северном полушарии) полугодие за область источника тепла в Южном полушарии принимался широтный диапазон от 10° ю.ш. до 55° ю.ш., за область стока тепла – широтный диапазон от 55° ю.ш. до 90° ю.ш. В Северном полушарии за область источника тепла принимался широтный диапазон от 10° ю.ш. до 35° с.ш., за область стока тепла – широтный диапазон от 35° с.ш. до 90° с.ш. В летнее (в Северном полушарии) полугодие за область источника тепла в Южном полушарии принимался широтный диапазон от 10° с.ш. до 35° ю.ш., за область стока тепла – широтный диапазон от 35° ю.ш. до 90° ю.ш. В Северном полушарии (в летнее для него полугодие) за область источника тепла принимался широтный диапазон от 10° с.ш. до 55° с.ш., за область стока тепла – широтный диапазон от 55° с.ш. до 90° с.ш.

Рис. 4. Широтное распределение коэффициента корреляции многолетней изменчивости аномалии ПТВ с инсоляцией (1) и ИК (2) Земли в зимнее в Северном полушарии полугодие. Аппроксимация – полиномы 6-й степени.

Рис. 5. Широтное распределение коэффициента корреляции многолетней изменчивости аномалии ПТВ с инсоляцией (1) и ИК (2) Земли в летнее в Северном полушарии полугодие. Аппроксимация – полиномы 6-й степени.

Таким образом, в зимнем полушарии многолетнее изменение аномалии ПТВ в широтных зонах в основном определяется многолетней изменчивостью полугодовой инсоляции – положительная корреляция. При этом, среднее значение R в зимнее в Северном полушарии в широтном диапазоне от экватора до 80° с.ш. (т.е. кроме Арктики) составляет 0,620. В зимнее в Южном полушарии полугодие значение R в диапазоне от экватора до 55° ю.ш. (т.е. кроме Антарктики) составляет 0,749.

В летнем полушарии многолетние изменения ПТВ в широтных зонах определяются многолетней изменчивостью полугодовой ИК – положительная корреляция. Среднее значение R для летнего Северного полушария в диапазоне от экватора до 80° с.ш. (т.е. кроме Арктики) также составляет 0,620. Для летнего Южного полушария значение R в диапазоне от экватора до 55° ю.ш. (т.е. кроме Антарктики) составляет 0,690.

Следует отметить, что многолетняя изменчивость полугодовой инсоляции и ИК связаны обратной линейной зависимостью (рис. 6).

Рис. 6. Многолетняя изменчивость полугодовой инсоляции и ИК в полушариях.
(а – многолетняя изменчивость инсоляции в зимние для полугодий полушария; б – многолетняя изменчивость инсоляции в летние для полугодий полушария; в – изменение ИК в зимние для полушарий полугодия; г – изменение ИК в летние для полушарий полугодия)

ИК несколько различается по полушариям только в зимние полугодия (рис. 6 в).

 

Отмеченная связь многолетней изменчивости аномалии ПТВ в широтных зонах Земли с многолетней изменчивостью инсоляции и ИК определяется тенденциями изменения солярного климата Земли (Fedorov, 2015 b). Для современного солярного климата Земли характерны две основные тенденции: усиление меридиональной контрастности (увеличение инсоляции в экваториальной области и сокращение в полярных районах, т.е. увеличение ИК) и сглаживание сезонных различий (увеличение инсоляции в зимние полугодия и сокращение в летние). Таким образом, в зимние для полушарий полугодия инсоляция увеличивается, а ИК уменьшается. В летние для полушарий полугодия отмечается обратная картина, инсоляция уменьшается, а ИК увеличивается (рис. 6). Многолетняя изменчивость годовой ИК Земли связана с изменением угла наклона оси вращения Земли обратной линейной зависимостью, а многолетняя изменчивость инсоляции прямой линейной зависимостью (рис. 1). Следовательно, многолетняя изменчивость инсоляции и ИК, а также связанная с ней многолетняя изменчивость аномалии ПТВ в широтных зонах определяется изменением угла наклона оси вращения Земли.

Для оценки связи многолетней изменчивости аномалии ПТВ с инсоляцией и ИК Земли использовался коэффициент детерминации (R2), показывающий долю изменчивости аномалии ПТВ определяемую трендами изменения инсоляции и ИК (табл. 1).

 

Табл. 1. Оценка связи многолетней изменчивости аномалии ПТВ
в широтных зонах с инсоляций и ИК Земли (R2).

Широтные зоны, град
Инсоляция
Инсоляционная контрастность
Зимнее полугодие в ЮП
Зимнее полугодие в CП
Летнее полугодие в ЮП
Летнее полугодие в CП
Год
85 – 90 ю.ш.
0,001
0,012
0,002
80 - 85
-
-
-
75 - 80
0,023
0,086
0,051
70 - 75
0,039
0,100
0,162
65 - 70
0,224
0,340
0,239
60 - 65
0,047
0,124
0,081
55 - 60
0,120
0,057
0,064
50 - 55
0,303
0,201
0,327
45 - 50
0,568
0,475
0,607
40 - 45
0,689
0,737
0,820
35 - 40
0,767
0,735
0,799
30 - 35
0,830
0,708
0,826
25 - 30
0,678
0,628
0,704
20 - 25
0,614
0,539
0,626
15 - 20
0,455
0,444
0,481
10 - 15
0,502
0,546
0,510
05 - 10
0,431
0,329
0,457
00 – 05
0,456
0,203
0,426
00 – 05
0,224
0,455
0,404
05 - 10
0,334
0,503
0,473
10 - 15
0,410
0,459
0,488
15 - 20
0,507
0,481
0,547
20 - 25
0,586
0,557
0,633
25 - 30
0,549
0,583
0,616
30 - 35
0,535
0,560
0,582
40 - 45
0,567
0,469
0,613
45 - 50
0,502
0,547
0,627
50 - 55
0,442
0,526
0,567
55 - 60
0,317
0,408
0,426
60 - 65
0,291
0,503
0,424
65 - 70
0,259
0,443
0,386
70 - 75
0,170
0,398
0,359
75 - 80
0,170
0,351
0,273
80 - 85
0,005
0,067
0,039
85 – 90 с.ш.
0,003
0,140
0,006
Среднее
0,397
0,355
0,363
0,439
0,434

 

Из значений, приведенных в правом столбике таблицы видно, что в полярных областях связь многолетней изменчивости годовой аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью ИК слабая. В южной полярной области (55° ю.ш. – 90° ю.ш.) эта связь нарушается влиянием Антарктиды, в северной полярной области (80° с.ш. – 90° с.ш.) влиянием Арктики (суммарно это влияние проявляется на 9,9% площади Земли).

В широтной области от 55° ю.ш. до 80° с.ш. (т.е. без учета Арктики и Антарктики), многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 90,1% площади Земли на 53,9% определяется многолетней изменчивостью ИК. В диапазоне от 50° ю.ш. до 65 с.ш. 57,4% многолетней изменчивости аномалии ПТВ определяется многолетней изменчивостью ИК (это 83,5% площади Земли). В Южном полушарии (на площади 81,8%) в широтном диапазоне от 55° ю.ш. до экватора многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в среднем на 59,9% определяется многолетней изменчивостью ИК (от 50° ю.ш. до экватора на 62,6%). В Северном полушарии в широтном диапазоне от экватора до 80 с.ш. (98,5% площади Северного полушария) многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в среднем на 49,8% определяется многолетней изменчивостью ИК.

В Южном полушарии в диапазоне от 20° ю.ш. до 50 ю.ш. многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в среднем на 73,0% определяется многолетней изменчивостью ИК (это 42,4% площади полушария). Наиболее тесная связь отмечается в широтной зоне 30° ю.ш. – 35° ю.ш., где 82,6% изменчивости годовой аномалии ПТВ определяются многолетней изменчивостью годовой ИК. В Северном полушарии в диапазоне от 25° с.ш. до 50° с.ш. (34,4% площади полушария) многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 60,3% определяется многолетней изменчивостью ИК. Наиболее тесная связь отмечается в широтной зоне 20° с.ш. – 25° с.ш., в которой многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 63,3% определяется многолетней изменчивостью годовой ИК.

В летние в полушариях полугодия многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ (среднемесячное для широтной зоны значение аномалии за полугодие) в значительной степени определяется ИК, в зимние полугодия – инсоляцией. В летнее в южном полушарии полугодие многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в среднем на 49,6% (в диапазоне от 55° ю.щ. до экватора, т.е. без учета Антарктиды, 81,8% площади полушария) определяется многолетней изменчивостью полугодовой ИК. В широтном диапазоне 20° ю.ш. – 45° ю.ш. (36,6% площади полушария) многолетняя изменчивость аномалии ПТВ на 66,9% определяется многолетней изменчивостью полугодовой ИК этого полушария. Наиболее тесная связь отмечается в диапазоне 35° ю.ш. – 45° ю.ш., в котором изменчивость аномалии ПТВ более чем на 73% определяется многолетней изменчивостью ИК. В Северном полушарии в летнее для него полугодие многолетняя изменчивость аномалии ПТВ в среднем, на 43,9% определяется многолетней изменчивостью ИК, без учета Арктики – на 48,1%. В широтном диапазоне 20° – 55° с.ш. (47,7% площади полушария) многолетней изменчивостью ИК определяется 52,9% многолетней изменчивости полугодовой (летней) аномалии ПТВ. Максимальная связь отмечается в широтной зоне 25° с.ш. – 30° с.ш. где многолетняя изменчивость летней аномалии ПТВ в среднем на 58,3% определяется многолетней изменчивостью ИК.

В зимнее в Северном полушарии полугодие многолетние изменения аномалии ПТВ определяются многолетней изменчивостью инсоляции в среднем на 35,5%, в диапазоне от экватора до 80° с.ш. (98,5% площади полушария) на 39,9%. В широтном диапазоне 15° с.ш. – 50 с.ш. (50,7% площади полушария) многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в среднем, на 53,9% определяется многолетней изменчивостью зимней инсоляции этого полушария. Наиболее тесная связь в зимнее полугодие в Северном полушарии отмечается в широтной зоне 20° с.ш. – 25° с.ш., где многолетняя изменчивость зимней аномалии ПТВ в среднем на 58,6% определяется многолетней изменчивостью зимней инсоляции. В зимнее в Южном полушарии полугодие многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ определяется инсоляцией в среднем 39,7% многолетней изменчивостью зимней (для этого полушария) инсоляции. В области вне Антарктики – в среднем на 49,7%. В широтном диапазоне от 20° ю.ш. до 50° ю.ш. (42,4% площади) многолетняя изменчивость зимней аномалии ПТВ в среднем на 69,1% определяется многолетней изменчивостью зимней инсоляции. Наиболее тесно в это время переменные связаны в широтной зоне 30° ю.ш. – 35° ю.ш., где многолетней изменчивостью зимней инсоляции определяется 83% изменчивости зимней аномалии ПТВ.

В целом, без учета Арктики (80° с.ш. – 90° с.ш.) и Антарктики (55° ю.ш. – 90° ю.ш.) в зимнее для Южного полушария полугодие многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в среднем на 59,9% определяется многолетней изменчивостью зимней для этого полушария инсоляцией. В зимнее для Северного полушария полугодие многолетней изменчивостью инсоляции в среднем определяется 39,9% многолетней изменчивости зимней аномалии ПТВ. В летнее для Южного полушария полугодие многолетней изменчивостью ИК в среднем определяется 52,5% многолетней изменчивости летней аномалии ПТВ. В летнее для Северного полушария полугодие многолетней изменчивостью ИК определяется 48,1% многолетней изменчивости летней аномалии ПТВ (табл. 1).

 

1.2. Анализ многолетних изменений аномалии ПТВ с многолетними изменениями инсоляции в соответствующих широтных зонах

В разделе анализируется связь многолетней изменчивости годовой и полугодовой аномалии ПТВ в отдельных 5-ти градусных широтных зонах с многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих 5-ти градусных широтных зон.

В области источника тепла (45° с.ш. – 45° ю.ш.) связь характеризуется положительными значениями коэффициента корреляции, превышающими 0,6 во всем диапазоне (83,1% площади Земли). Минимальные значения R отмечаются вблизи экватора (0,634). Максимальные значения коэффициента корреляции локализованы вблизи тропиков (рис. 7). Среднее значение R в области с положительной связью составляет 0,75.

Рис. 7. Распределение коэффициента корреляции годовой аномалии ПТВ и инсоляции соответствующих широтных зон (Дж/м2)

Полученный характер широтного распределения R связан с тенденцией усиления межширотной контрастности в солярном климате Земли: увеличением инсоляции в экваториальной области и сокращением инсоляции в полярных районах (Fedorov, 2015 b; Федоров, 2017).

Проведен корреляционный анализ многолетних значений полугодовой аномалии ПТВ в отдельных широтных зонах с инсоляцией (Дж/м2) соответствующих широтных зон за летнее и зимнее полугодие. За зимнее в Северном полушарии полугодие принимался период с октября по март, за летнее в Северном полушарии полугодие – период с апреля по сентябрь (в южном полушарии наоборот). Временные ряды охватывают период с 1900 по 2014 гг., анализировались ряды, не содержащие пропусков данных.

Проведенный анализ показывает, что связь многолетней изменчивости зимней аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью зимней инсоляции (для соответствующих широтных зон) положительная. Связь многолетней изменчивости летней аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью летней инсоляции, в соответствующих широтных зонах, отрицательная (рис. 8).

Рис. 8. Широтное распределение значений коэффициента корреляции полугодовой аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью полугодовой инсоляции в соответствующих широтных зонах (1 – зимнее полугодие для северного полушария; 2 – летнее полугодие для северного полушария)

В зимнее (в Северном полушарии) полугодие положительная связь отмечается в широтном диапазоне от 10° ю.ш. до северного географического полюса. Связь изменения зимней аномалии ПТВ с инсоляцией соответствующих широтных зон в Арктике (80° с.ш. – 90° с.ш.) слабая. Среднее значение коэффициента корреляции для области с положительными связями, за исключением Арктики, 0,608. Площадь этой области составляет 57,9% от площади Земли. Максимальное значение R отмечается в зоне 20° с.ш. –25° с.ш. и составляет 0,765.

В летнее (в Северном полушарии) полугодие область положительных связей отхватывает широтный диапазон от 10° с.ш. до южного географического полюса. Связь в широтном диапазоне 55° ю.ш. – 90° ю.ш. слабая (влияние Антарктики). Среднее значение R для области от 55° ю.ш. до 10° с.ш. составляет 0,739, что заметно выше, чем отмеченное для зимнего полугодия (0,608). Максимальное значение R (0,901) отмечается в широтной зоне 30° ю.ш. – 35° ю.ш. Площадь области от 55° ю.ш. до 10° с.ш составляет 49,5% от площади Земли.

Таким образом, в зимние для полушарий полугодия многолетние изменения аномалии ПТВ в основном определяются многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих широтных зон (рис. 8, табл. 2).

 

Табл. 2. Оценка связи (R2) многолетней изменчивости
аномалии ПТВ с инсоляций соответствующих широтных зон.

Широтные зоны, град
Инсоляция
Зимнее
полугодие в СП
Летнее полугодие в СП
Год
50 – 55 ю.ш.
0,303
45 - 50
0,568
0,624
40 - 45
0,688
0,801
35 - 40
0,766
0,834
30 - 35
0,829
0,706
25 - 30
0,677
0,622
20 - 25
0,614
0,480
15 - 20
0,455
0,508
10 - 15
0,502
0,453
05 - 10
0,325
0,431
0,423
00 – 05
0,203
0,455
0,403
00 – 05
0,224
0,452
0,469
05 - 10
0,335
0,488
0,486
10 - 15
0,411
0,542
15 - 20
0,507
0,627
20 - 25
0,586
0,611
25 - 30
0,549
0,576
30 - 35
0,535
0,542
35 - 40
0,524
0,527
40 - 45
0,567
0,624
45 - 50
0,502
0,801
50 - 55
0,442
55 - 60
0,317
60 - 65
0,291
65 - 70
0,259
70 - 75
0,170
75 - 80
0,169
Среднее
0,384
0,556
0,568

 

Как видно из таблицы, многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ наиболее тесно связана с многолетней изменчивостью инсоляции в двух широтных диапазонах. В Северном полушарии этот диапазон охватывает область от 15° с.ш. до 50° с.ш. (50,7% площади полушария). Здесь многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в широтных зонах в среднем на 61,9% определяется многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих широтных зон. Наиболее тесная связь в Северном полушарии отмечается в широтной зоне 45° с.ш. – 50° с.ш., где многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 80,1% определяется многолетней изменчивостью годовой инсоляции. В Южном полушарии диапазон тесных связей менее значителен – от 25° ю.ш. до 50° ю.ш. (34,4% площади полушария). Здесь многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в широтных зонах в среднем на 71,7% определяется многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих широтных зон. Наиболее тесная связь в Южном полушарии отмечается в диапазоне 35° ю.ш. – 40° ю.ш., где многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 83.4% определяется многолетней изменчивостью годовой инсоляции этой зоны.

В зимнее в Северном полушарии полугодие тесная связь изменения аномалии ПТВ и инсоляции отмечается для широтной области от 15° с.ш. до 55° с.ш. (56,0% площади полушария). Здесь многолетняя изменчивость зимней аномалии ПТВ в широтных зонах в среднем на 53.9% определяется многолетней изменчивостью инсоляции. Наиболее тесная связь в это полугодие отмечается в широтной зоне 20° с.ш. – 25° с.ш., где многолетняя изменчивость зимней аномалии ПТВ на 58,6% определяется изменчивостью зимней инсоляции.

В зимнее в Южном полушарии полугодие тесная связь отмечается в области 20° ю.ш. – 45° ю.ш. (36,5% площади полушария). Здесь многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в среднем на 71,5% определяется изменением инсоляции. Наиболее тесная связь в это время отмечается в широтной зоне 30° ю.ш. – 35° ю.ш., где 82,9% изменчивости аномалии ПТВ определяются изменчивостью инсоляции.

Таким образом, в зимние для полушарий полугодия многолетние изменения аномалии ПТВ в основном определяются многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих широтных зон.

 

1.3. Анализ многолетних изменений аномалии ПТВ в 5-ти градусных ячейках с многолетними изменениями инсоляции и ИК Земли

 

При дальнейшем увеличении пространственного разрешения, связь, отмеченная для глобальных ПТВ (Земли и полушарий) и широтных зон ослабевает. Это объясняется увеличением роли местных и иных (например, циркуляционных процессов, неоднородность подстилающей поверхности) факторов в формировании региональных термических условий.

Исследовались связи многолетней изменчивости аномалии ПТВ в отдельных 5-ти градусных ячейках (всего 2592 ячейки) с многолетней изменчивостью годовой ИК Земли. Корреляционный анализ показал, что при этом пространственном разрешении (в одну 5-ти градусную ячейку) достаточно высокая связь многолетней изменчивости аномалии ПТВ и ИК сохраняется на относительно большой площади. Так, связь с коэффициентом корреляции (R), превышающим 0,6, отмечается на 16,3% площади Земли (рис. 9). В Северном полушарии такая же связь отмечается на 18,9% площади полушария, в Южном полушарии – на 13,7% площади. В Западном полушарии связь с R > 0,6 охватывает 9,7% площади, в Восточном полушарии 22,8%. Связь со значениями R превышающими 0,7 отмечается уже в гораздо меньшем пространстве – 5,7% площади Земли. Связь с R превышающим 0,8 отмечается на 0,94% площади Земли.

Рис. 9. Пространственное распределение коэффициента корреляции аномалии ПТВ в 5-ти градусных ячейках и годовой ИК Земли

Многолетняя изменчивость зимней (для Северного полушария) аномалии ПТВ в Северном полушарии исследовалась в связи с многолетней изменчивостью инсоляции, в Южном (летнем) полушарии – в связи с изменением ИК. Использовались полугодовые значения ИК и полушарные значения инсоляции. Связи характеризующиеся значениями R превышающими 0,6, в этом случае, отмечается на 8,6% площади Земли (рис. 10). В Северном полушарии такая связь наблюдается на 9,86% площади, в Южном полушарии на 7,52%. В Западном полушарии связь с отмеченными показателями R (R > 0,6) отмечается на 4,82% площади, в Восточном полушарии на 33,53%. Связи с показателями R превышающими 0,7 и 0,8 отмечаются в зимнее для Северного полушария полугодие на 2,07% и 0,22% площади Земли соответственно.

Рис. 10. Пространственное распределение коэффициента корреляции аномалии ПТВ в 5-ти градусных ячейках с инсоляцией и ИК в зимнее для Северного полушария полугодие

В летнее для Северного полушария полугодие многолетняя изменчивость аномалии ПТВ в 5-ти градусных ячейках исследовалась в связи с многолетней изменчивостью ИК в Северном полушарии и многолетней изменчивостью инсоляции в Южном (зимнем) полушарии. Связи со значениями R превышающим 0,6 в это полугодие характерны для 16,4% площади Земли (рис. 11). В Северном полушарии они отмечаются на 18,7% площади полушария, в Южном полушарии на 14,0% площади. В Западном полушарии такие связи наблюдаются на 9,9% площади полушария, в Восточном на 22,9% площади. Связи с показателями R превышающими 0,7 и 0.8 отмечаются на 5,80% и 0,88% площади Земли соответственно.

Рис. 11. Пространственное распределение коэффициента корреляции аномалии ПТВ в 5-ти градусных ячейках с инсоляцией и ИК в летнее для Северного полушария полугодие

Наиболее тесные связи при выбранном пространственном разрешении отмечаются в области являющейся источником тепла (от 45° с.ш. до 45° ю.ш.) и в Восточном (более континентальном, чем Западное) полушарии.

 

2. Анализ и оценка связей во времени

 

2.1. Анализ многолетней изменчивости месячных ПТВ с инсоляцией и ИК Земли (годовой и полугодовой).

 

Проведен анализ многолетних изменений месячной аномалии ПТВ Земли и полушарий в связи с многолетней изменчивостью годовой инсоляции и инсоляционной контрастности Земли и полушарий. При этом первый месяц тропического года сопоставлялся с апрелем календарного года, второй с маем месяцем и т.д.

Обнаружена невысокая отрицательная связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью годовой инсоляции Земли. Значение R в среднем для месяца составляет -0,467, находясь в пределах от -0,417 дл -0,512. Тесная положительная связь в многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ обнаружена с годовой ИК Земли (рис. 12).

Рис. 12. Годовой ход коэффициента корреляции многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ Земли и многолетней изменчивости годовой ИК Земли.

Значение R изменяется в годовом ходе от 0,734 до 0,874 в среднем, составляя 0,808. При этом в летнее, для Северного полушария, полугодие в среднем значения R (0,845) превышают значения, полученные для зимнего (в Северном полушарии) полугодия (0,771). Для Северного полушария также обнаруживается слабая отрицательная связь в многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ и многолетней изменчивости годовой инсоляции полушария. Значение R изменяются в годовом ходе от -0,353 до -0,405, в среднем составляя -0,405. Связь с многолетней изменчивостью годовой ИК полушария высокая и положительная (рис. 13).

Рис. 13. Годовой ход коэффициента корреляции между многолетней изменчивостью месячной аномалии ПТВ Северного (1) и Южного (2) полушария и многолетней изменчивостью годовой ИК соответствующего полушария.

Значение R в годовом ходе в Северном полушарии изменяется в интервале от 0,638 до 0,823 при среднем значении, равном 0,730.

В Южном полушарии также отмечается невысокая отрицательная связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ полушария с многолетней изменчивостью годовой инсоляции полушария. При среднем значении R равном -0,447, в годовом ходе он изменяется в пределах от -0,388 до -0,531. Также проявляется высокая положительная связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ Южного полушария с многолетней изменчивостью годовой ИК полушария (рис. 13). Значения R изменяется в годовом ходе от 0,787 до 0,885. Среднее значение R составляет 0,846.

Проведенный анализ также показывает, что связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ в полушариях в годовом ходе определяется многолетней изменчивостью летней для полушария ИК. Таким образом, годовой ход R, рассчитанный на основе многолетней изменчивости годовой ИК полушария (рис. 12), совпадает с годовым ходом R, рассчитанным на основе многолетней изменчивости летней ИК полушария. Связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ в полушариях с многолетней изменчивостью зимней в полушариях ИК по абсолютным значениям R совпадает со значениями R, полученными для летней ИК полушария. Однако, значения R, рассчитанные на основе зимней ИК имеют отрицательный знак.

Таким образом, многолетняя изменчивость месячных значений аномалии ПТВ Земли и полушарий в годовом ходе определяется многолетней изменчивостью годовой и летней для полушария ИК (табл. 3).

 

Табл. 3. Оценка связи (R2) многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ с годовой (или летней) ИК Земли и полушарий.

Месяцы года
Земля
Северное полушарие
Южное полушарие
Январь
0,539
0,407
0,668
Февраль
0,572
0,456
0,619
Март
0,695
0,581
0,697
Апрель
0,675
0,584
0,700
Май
0,763
0,677
0,744
Июнь
0,747
0,657
0,738
Июль
0,735
0,626
0,741
Август
0,694
0,575
0,760
Сентябрь
0,675
0,517
0,784
Октябрь
0,570
0,415
0,767
Ноябрь
0,611
0,462
0,714
Декабрь
0,589
0,483
0,673
Среднее
0,655
0,537
0,717

 

Из полученной оценки связи следует, что многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ Земли в среднем на 65,5% определяется многолетней изменчивостью годовой ИК Земли. Минимальные оценки связи отмечаются для января, максимальные для мая. В Северном полушарии многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ в среднем на 53,7% определяется многолетней изменчивостью годовой (или летней) ИК полушария. В Южном полушарии многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ в среднем на 71,7% определяется многолетней изменчивостью годовой (или летней) ИК полушария.

 

2.2. Анализ многолетней изменчивости месячных значений ПТВ с соответствующими месячными значениями инсоляции и ИК

При анализе многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ и многолетней изменчивости соответствующей месячной инсоляции Земли связь между ними не обнаружена. Однако, обнаружена связь в многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ и изменчивостью месячной инсоляции полушарий (рис. 14).

Рис. 14. Годовой ход связи (R) многолетних изменений месячных значений аномалии ПТВ с изменениями соответствующих месячных значений инсоляции в полушариях
(1 – Северное полушарие, 2 – Южное полушарие)

Положительная корреляция месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью месячной инсоляции отмечается в зимние для полушарий полугодия, отрицательная в летние полугодия. При этом в Северном полушарии в зимнее полугодие R изменяется от 0,635 до 0,758, при среднем значении, равном 0,679. В Южном полушарии в зимнее для него полугодие, значения R существенно выше. Они изменяются в пределах от 0,838 до 0,885, в среднем составляя 0,863.

Обнаружена связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью соответствующих месячных значений инсоляционной контрастности для Земли и полушарий (рис. 15). При этом ИК Земли рассчитывалась на каждый месяц по разности суммарной инсоляции областей 0° – 45° и 45° – 90° в каждом полушарии (области источника и стока тепла). Затем, усреднением полушарных значений находилось среднее для Земли месячное значение ИК.

Рис. 15. Годовой ход коэффициента корреляции многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ и многолетней изменчивости месячной ИК.

Связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью месячной ИК Земли в течение года положительная и высокая. Значения R меняются в течение года от 0,732 до 0,874. Среднее значение R составляет 0,807. В летнее для Северного полушария полугодие в среднем отмечаются более высокие значения R (0,846), чем в зимнее (0,768) полугодие.

При расчете полугодовых ИК для отдельных месяцев учитывалось пространственное смещение областей источника и стока тепла в полушариях. При этом использовалась схема, приведенная в табл. 4.

 

Табл. 4. Схема пространственных соотношений областей источника и стока тепла в полушариях в годовом ходе (в градусах широты).

Месяцы года
Северное полушарие
Южное полушарие
Источник тепла
Сток тепла
Источник тепла
Сток тепла
Январь
00 - 30
30 - 90
00 - 60
60 - 90
Февраль
00 - 35
35 - 90
00 - 55
55 - 90
Март
00 - 40
40 - 90
00 - 45
45 - 90
Апрель
00 - 45
45 - 90
00 - 35
35 - 90
Май
00 - 50
50 - 90
00 - 35
35 - 90
Июнь
00 - 55
55 - 90
00 - 30
30 - 90
Июль
00 - 60
60 - 90
00 - 30
30 - 90
Август
00 - 55
55 - 90
00 - 35
35 - 90
Сентябрь
00 - 45
45 - 90
00 - 40
40 - 90
Октябрь
00 - 35
35 - 90
00 - 45
45 - 90
Ноябрь
00 - 35
35 - 90
00 - 50
50 - 90
Декабрь
00 - 30
30 - 90
00 - 55
55 - 90

 

Положительная связь многолетней изменчивости месячных ИК с многолетней изменчивостью месячной аномалии ПТВ отмечается в летние для полушарий полугодия, отрицательная – в зимние полугодия (с инсоляцией наоборот) (рис. 16, табл. 5).

Рис. 16. Годовой ход R многолетней изменчивости месячных значений ИК и соответствующих месячных значений аномалии ПТВ (1 – Северное полушарие, 2 – Южное полушарие)

Значения коэффициента корреляции в Северном полушарии в летнее полугодие изменяются в пределах от 0,719 до 0,822. Среднее для месяца значение R составляет 0,777. В Южном полушарии в летнее для него полугодие значения R заметно выше, чем в Северном полушарии. Здесь значения R находятся в пределах от 0,787 до 0,875, при среднем для месяца значении R, равном 0,830. Таким образом, тесная положительная связь многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ и многолетней изменчивости месячной ИК отмечается в летние для полушарий полугодия, при этом в Южном полушарии эта связь выражена сильнее (табл. 5).

 

Табл. 5. Оценка связи (R2) многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью соответствующей месячной инсоляцией и ИК.

Месяцы года
Инсоляция
Инсоляционная контрастность
Северное полушарие
Южное полушарие
Северное полушарие
Южное полушарие
Земля
Январь
0,407
0,667
0,536
Февраль
0,453
0,619
0,568
Март
0,574
0,696
0,689
Апрель
0,703
0,584
0,681
Май
0,746
0,677
0,764
Июнь
0,738
0,656
0,750
Июль
0,742
0,625
0,737
Август
0,759
0,573
0,693
Сентябрь
0,783
0,516
0,675
Октябрь
0,404
0,766
0,558
Ноябрь
0,459
0,714
0,607
Декабрь
0,482
0,673
0,588
Среднее
0,463
0,745
0,605
0,689
0,654

 

Таким образом, в целом для Земли многолетние изменения месячной аномалии ПТВ в среднем на 65,5% определяются многолетними изменениями ИК в соответствующие месяцы. В период с мая по июль (при положении Земли вблизи афелия) многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ в среднем на 75,0% определяется многолетней изменчивостью месячной ИК Земли. В период с декабря по февраль значения коэффициента детерминации заметно снижаются (Земля в это время находится вблизи перигелия орбиты) и в среднем составляют 56,4%.

В летнее полугодие в Южном полушарии многолетней изменчивостью месячной ИК в среднем определяется 68,9% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ. В Северном полушарии в летнее полугодие многолетней изменчивостью месячной ИК в среднем определяется 60,5% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ.

Многолетней изменчивостью инсоляции в зимнее полугодие в Южном полушарии в среднем определяется 74,5% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ. В Северном полушарии в зимнее полугодие всего 46,3% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ определяется многолетней изменчивостью соответствующей месячной инсоляции.

В многолетней изменчивости годовой аномалии глобальной ПТВ (общей за год для Земли и полушарий, то есть при уменьшении пространственного и временного разрешения) Земли, Северного и Южного полушария значения коэффициента корреляции с соответствующими значениями ИК увеличиваются и, составляют для Земли 0,835, для Северного полушария – 0,785, для Южного полушария – 0,857. При сглаживании ИК (по 21-му летнему скользящему среднему) R принимает значения 0,888, 0,833 и 0,914 соответственно. Именно эта многолетняя изменчивость глобальной температуры (http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature) вызывает озабоченность МГЭИК и, ее понижение является основной целью Парижского соглашения по климату. Многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ Земли, Северного и Южного полушария определяется многолетней изменчивостью ИК на 78,9%, 69,4,% и 83,5% соответственно. Таким образом, антропогенные возможности влияния на изменение (понижение) аномалии глобальной ПТВ существенно ограничиваются.

 

Выводы

1) Многолетняя изменчивость глобальной ПТВ (Земли и полушарий) в основном определяется трендами которые тесно связаны с изменением инсоляционной контрастности Земли и полушарий определяемой изменением угла наклона оси вращения Земли. Многолетняя изменчивость ПТВ Земли на 81,4%, в северном полушарии на 74,7%, в южном полушарии на 83,7% определяется многолетней изменчивостью инсоляционной контрастности Земли и полушарий.

2) Проведенный анализ региональных связей показывает, что в полярных областях связь многолетней изменчивости годовой аномалии ПТВ и многолетней изменчивости ИК слабая. В южной полярной области (55° ю.ш. – 90° ю.ш.) эта связь нарушается влиянием Антарктиды, в северной полярной области (80° с.ш. – 90° с.ш.) влиянием Арктики (суммарно это влияние проявляется на 9,9% площади Земли). В широтной области от 55° ю.ш. до 80° с.ш. (т.е. без учета Арктики и Антарктики), многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ на 90,1% площади Земли на 53,9% определяется многолетней изменчивостью ИК. В летние в полушариях полугодия многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в значительной степени определяется ИК, в зимние полугодия – инсоляцией. В целом, (без учета Антарктики) в зимнее для Южного полушария полугодие многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ в среднем на 59,9% определяется многолетней изменчивостью зимней для этого полушария инсоляцией. В зимнее для Северного полушария (без учета Арктики) полугодие многолетней изменчивостью инсоляции в среднем определяется 39,9% многолетней изменчивости зимней аномалии ПТВ. В летнее для Южного полушария полугодие многолетней изменчивостью ИК в среднем определяется 52,5% многолетней изменчивости летней аномалии ПТВ. В летнее для Северного полушария полугодие многолетней изменчивостью ИК определяется 48,1% многолетней изменчивости летней аномалии ПТВ. Многолетняя изменчивость годовой аномалии ПТВ в широтных зонах в среднем на 56,8% определяется многолетней изменчивостью инсоляции соответствующих зон. В зимнее в Южном полушарии полугодие многолетняя изменчивость полугодовой аномалии ПТВ на 55,6% определяется зональной инсоляцией, в зимнее в Северном полушарии полугодие – на 38,4%.

3) Проведенный анализ связи во времени показывает, что многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ Земли в среднем на 65,5% определяется многолетней изменчивостью годовой ИК Земли. Минимальные оценки связи отмечаются для января, максимальные для мая. В Северном полушарии многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ в среднем на 53,7% определяется многолетней изменчивостью годовой (или летней) ИК полушария. В Южном полушарии многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ на 71,7% в среднем определяется многолетней изменчивостью годовой (или летней) ИК полушария. Положительная корреляция месячной аномалии ПТВ с многолетней изменчивостью месячной инсоляции отмечается в зимние для полушарий полугодия. Положительная связь многолетней изменчивости месячных ИК с многолетней изменчивостью месячной аномалии ПТВ отмечается в летние для полушарий полугодия, отрицательная – в зимние (с инсоляцией наоборот). Таким образом, в целом для Земли многолетние изменения месячной аномалии ПТВ в среднем на 65,5% определяются многолетними изменениями инсоляционной контрастности в соответствующие месяцы. В период с мая по июль (при положении Земли вблизи афелия) многолетняя изменчивость месячной аномалии ПТВ в среднем на 75,0% определяется многолетней изменчивостью месячной ИК Земли. В период с декабря по февраль значения коэффициента детерминации заметно снижаются (Земля в это время находится вблизи перигелия орбиты) и в среднем составляют 56,4%. В летнее полугодие в Южном полушарии многолетней изменчивостью месячной ИК в среднем определяется 68,9% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ. В Северном полушарии в летнее полугодие многолетней изменчивостью месячной ИК в среднем определяется 60,5% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ. Многолетней изменчивостью инсоляции в зимнее полугодие в Южном полушарии в среднем определяется 74,5% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ. В Северном полушарии в зимнее полугодие всего 46,3% многолетней изменчивости месячной аномалии ПТВ определяется многолетней изменчивостью месячной инсоляции.

Поскольку солнечная радиация является основным источником тепла на Земле, то найденные корреляционные связи являются и причинно-следственными. Найденные связи в основном отражают известные тенденции изменения солярного климата Земли в настоящее время: усиление широтной контрастности и сглаживание сезонных различий. (Fedorov, 2015 b; Федоров, 2017). Для современного солярного климата характерно сокращение поступления радиации в летние полугодия и увеличение в зимние полугодия. С тенденциями этих характеристик солярного климата Земли связаны найденные соотношения в многолетней изменчивости аномалии ПТВ и многолетней изменчивости инсоляции и ИК в пространстве и во времени.

Отмеченные достаточно высокие характеристики связи глобальной аномалии ПТВ и ИК, с увеличением пространственного и временного разрешения (от климатического масштаба к синоптическому), снижаются в связи с увеличением влияния местных и иных факторов (неоднородности подстилающей поверхности, циркуляционных процессов и др.) синоптического масштаба на формирование многолетних региональных и сезонных термических условий.

 

 

Литература

 

Кондратьев К.Я. Радиационные факторы современных изменений глобального климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 279 с.
Лоренц Э.Н. Природа и теория общей циркуляции атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 260 с.
Монин А.С., Шишков Ю.А. Климат как проблема физики // Успехи физических наук, 2000. Т. 170. № 4. С. 419 – 445.
Федоров В.М. Инсоляция Земли и современные изменения климата. – М.: Физматлит, 2017. – 192 с.
Berger A., Loutre M.F., Yin Q. Total irradiation during any time interval of the year using elliptic integrals // Quaternary science reviews, 2010. V. 29. P. 1968 – 1982. DOI: 10.1016/j.quascirev.2010.05.07.
Bertrand C., Loutre M.F., Berger A. High frequency variations of the Earth`s orbital parameters and climate change // Geophysical research letters, 2002. V. 29. № 18. P. 40-1 – 40-3. DOI: 10.1029/2002GL015622.
Borisenkov Е. Р., Tsvetkov A.V., Agaponov S.V. On some characteristics of insolation changes in the past and the future // Climatic Change, 1983. № 5. P. 237 – 244.
Fedorov V.M. Interannual Variability of the Solar Constant // Solar System Research, 2012. V. 46. №. 2. P. 170 – 176 . DOI: 10.1134/S0038094612020049.
Fedorov V.M. Interannual Variations in the Duration of the Tropical Year // Doklady Earth Sciences, 2013. V. 451. Part 1. P. 750–753. DOI: 10.1134/S1028334X13070015.
Fedorov V.M. Latitudinal variability of incoming solar radiation invarious time cycles // Doklady Earth Sciences, 2015 b. V. 460. Part 1. P. 96–99. DOI: 10.1134/S1028334X15010183.
Fedorov V.M. Periodic perturbations and small variations of the solar climate of the Earth // Doklady Earth Sciences, 2014. V. 457. Part 1. P. 869–872.
Fedorov V.M. Spatial and temporal variation in solar climate of the Earth in the present epoch // Izvestiya, Atmospheric and oceanic physics, 2015. V. 51. № 8. P. 779 – 791. DOI: 10.1134/S0001433815080034.
http://www.metoffice.gov.uk
http://www.solar-climate.com
http://ssd.jpl.nasa.gov
Giorgini J.D., Yeomans D.K., Chamberlin A.B., Chodas P.W., Jacobson R.A., Keesey M.S., Lieske J.H., Ostro S.J., Standish E.M., Wimberly R.N. JPL`s On-Line Solar System Data Service // Bulletin of the American Astronomical Society, 1996. V. 28(3). P. 1158.
Kopp G., Lean J. A new lower value of total solar irradiance: Evidence and climate significance // Geophysical Research Letters, 2011. V. 37. L01706. DOI: 10.1029/2010GL045777.
Loutre M.F., Berger A., Bretagnon E., Blanc P-L. Astronomical frequencies for climate research at the decadal to century time scale // Climate dynamics, 1992. V. 7. P. 181 – 194.
 

 

 

 

SOLAR RADIATION AND CLIMATE
OF THE EARTH

 
© www.solar-climate.com
 
     

**
1